人类永远无法触及的地球之心

2015-12-31作者:北京市科学技术协会编辑:灯塔之光



当今的航天技术发展非常迅速,各种航天器得到发射、应用,在太空也建立起了空间站。2013年12月2日,“嫦娥三号”在西昌卫星发射中心发射升空,经过了12天的飞行,14日,“玉兔号”月球车安全着陆月球表面,这是航天史上具有里程碑意义的事件。相对于对宇宙空间的了解,人类对地球内部的了解就少得多了。

 

“玉兔号”月球车

 

1970年,苏联在科拉半岛邻近挪威国界的地区进行科学钻探,其中最深的一个钻孔达12262米,是当时世界上最深的钻孔。这个纪录一直保持到2008年,这一年在卡达尔的阿肖辛油田,一口油井的深度达12289米。但在2011年,这个纪录又被俄罗斯在库页岛的Odoptu OP-11油井(深达12345米)打破。虽然钻探的深度在增加,但都没有超过13000米,这个深度只有地球半径的1/516。

 

 

如果我们把地球比作一个鸡蛋,那么目前最深的钻孔只是在蛋壳的表皮稍稍划了一下。几十年过去了,往地下钻井的深度并没有多大的进展。为什么往地下钻孔就如此困难呢?关键问题在于难以克服的高温和高压。

 

 

现今全球地表的平均温度约为15摄氏度,非常舒适宜人。温泉、火山喷发等现象告诉我们,地面以下的温度要比地表高得多。研宄表明,从地表往深处去,温度的确是在升高,在地球的表层大约每加深100米,温度会升高3摄氏度。但随着深度的增加,升温的速度将降低。通过地震波的探测和计算分析得知,在地下10千米的深处,温度可以达到200摄氏度〜600摄氏度;在30千米深处,温度达600摄氏度〜1800摄氏度;在古登堡面,温度就达3700摄氏度;在地心处,温度高达4300摄氏度〜4500摄氏度,这个温度可以使所有的物质被熔化。在地下几百米深的矿井,高温就使矿工难以忍受。如果深达100千米,在那种高温状态下,

人是不可能下去的,就是钻井的钻头也会被熔化掉,那又如何钻取岩石呢?

 

 地球的内部构造

 

在了解了地球内部的温度之后,再来看看地下的压力变化。地球内部的压力来自岩石的质量,地下深处某点的压力为该点到地表的岩石质量,因此也称静岩压力。地球的平均密度为5.516克/立方厘米,而地表岩石的密度为2.7克/立方厘米〜2.8克/立方厘米,这表明地下深处具有密度更大的物质,将产生更大的静岩压力。

 

 

在地球的浅处,深度每增加1千米,压力增加约27.5兆帕。研宄表明,在莫霍面附近静岩压力约1200兆帕,在古登堡面附近约135200兆帕,地心处可达361700兆帕,相当于360万个大气压力。也就是说,当深度超过30千米时,静岩压力就非常大了,再加上高温,钻井几乎是不可能的。

注:莫霍面和古登堡面

莫霍面,是地売同地幔间的分界面,由南斯拉夫地震学家莫霍洛维奇于1909年发现,故以他的名字命名。在莫霍面上,地震波的纵波和横波传播速度增加明显。1914年,德国地球物理学家古登堡发现,在地下约2900千米处,地震波的传播速度有明显下降,主要表现为纵波速度下降,横波直接消失,后证实这里是地幔与地核的分界层,人们将这个界面称为古登堡面。

 

 

 地球内部随深度增加温度和压力的变化  (据程捷)

 

在地下打出一个钻孔或坑道时,它就与地表连通,压力就降低到1个大气压。如果钻孔或坑道太深,由于钻孔或坑道周边岩石的压力过大,向钻孔或坑道里挤进,那么钻孔或坑道很快就被岩石充满,使得钻头无法继续向下钻进,坑道也无法继续往下挖。

 

 

由于地球内部的高温和高压,使得探测地球内部变得异常艰难。目前对地球内部的了解主要来自地球物理测量的方法所获得的数据以及火山喷发带来的地下信息。显然,一切地球物理信息,都带有多解性,总比不上直接获取的信息或标本与分析得到的结果来得可靠。因此,至今人们对地球内部的认识还很有限。地球内部的探索一直是广受关注的热点和前沿课题,地球科学家们还任重而道远!

 


内容来源:书问

作者北京市科学技术协会
出版北京出版社
定价28元
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